上海某超大深基坑变形报警原因分析及应对措施

■张 强 ZHANG Qiang

0 引言

近年来，地下空间的开发力度越来越大，超大深基坑越来越多，一些学者做了大量研究工作：黄华对某实际项目基坑变形报警情况及其原因进行了介绍与分析[1]；易礼从设计角度对基坑变形数据与工况对应关系进行了分析[2]；任家佳等将数值计算与监测数据进行对比，验证了围护设计方案的合理性[3]；方银钢对基坑变形因素分析后提出了相应的变形控制措施[4]；袁坚等对多分区基坑进行了周边环境变形实测分析[5]。本文以上海某超大深基坑变形报警进行原因分析，探究如何科学有效地采取应对措施，对类似超大深基坑工程施工可起到参考作用。

1 工程概况

1.1 场地概况

本工程位于上海虹桥商务区，规划总用地面积14953 m2，总建筑面积109065.3 m2，其中：地上建筑面积72910.3 m2，地下建筑面积36155.6 m2；容积率4.8；建筑密度34.1%；绿地率20%。项目由1 栋高层办公楼和1 栋商业楼组成，主要空间功能为办公及配套商业。基坑总平面见图1。

图1 基坑总平面图

1.2 周边基本情况

（1）基坑东侧唧泵站。由于该泵站的建造年代较早（上世纪60 年代建造），因此，自身抵抗施工影响的客观条件较差，但重要性较高，且距离基坑位置较近，受施工影响的风险较高，故项目部委托有资质的检测单位在施工前对水库、泵房、连接管道、配电间和西侧围墙进行检测，根据检测报告委托相应有资质的设计院、施工单位分别进行加固设计和加固施工；在基坑施工期间对唧泵站构筑物、管道、变形缝等重要部位进行实时监控。此外，在项目基坑与唧泵站之间增设一道隔离桩（上部用围檩梁连成整体）。当土方开挖至第四层时，因变形缝累计变形达到5 mm 的报警值；为了进一步降低基坑开挖、拆撑等作业的不利影响，项目部通知管理所停用临近基坑的水库，待水库变形稳定后进行第二次修复等工作，确保后期正常使用。

（2）基坑南侧临近厂房和住宅。施工期间通过降噪降尘、基坑监测等多项措施，减轻施工期间对其影响，目前整体情况较好，临近的建筑外墙未出现与项目施工相关的裂缝。

（3）基坑西南侧变电站。在项目地下结构施工阶段，变电站围墙有裂缝，但其建筑墙体等部位未开裂。为推进架空线落地工程，国网公司拟自行拆除重建该站。

（4）西侧加油站。项目开工前经与加油站母公司协商，签订了对该加油站的保护协议——基坑变形致其围墙达到报警值后通知其停止使用并给予相应补偿。目前该加油站监测指标已达报警值，已暂停使用；项目与之相邻的结构已经完成正负零值，待经过相关评估后恢复使用。

（5）项目西北侧代建绿地和项目部办公地“小白楼”。项目开工前相关部门不考虑保留“小白楼”，基坑开挖阶段，相关部门要求对该建筑进行甄别，经过甄别后认定该建筑物为需保留的历史建筑；受围护设计及基坑施工影响，该建筑物部分部位开裂，待基坑变形稳定后予以修复移交。

（6）项目北侧宾馆，2020 年期间，该宾馆多次因公务接待需要，要求项目部暂停施工，因此，对项目工期影响较大。为保证宾馆的正常运行，施工期间，已经委托某市政公司对市政道路进行修复和维护。

综上所述，本项目地处上海市中心区域，基坑周边建筑与公共配套密集，若基坑变形过大，会产生较大的负面影响。

1.3 地质概况

本工程属古河道沉积区，土层分布较为稳定。在勘察深度（最大深度120 m）范围内揭露的地基土属第四纪沉积物，主要由黏性土、粉性土、砂土组成。根据地基土的成因、年代、结构特征及物理力学性质指标等综合分析，最后，将本工程地基划分为11个主要工程地质层次。

本工程开挖深度普遍为15.2 m，根据上海市工程建设规范《岩土工程勘察规范》（DGJ 08—37—2012）第12.3.3 条公示计算：当基坑开挖深度至15.2 m 时，从最不利角度考虑，第⑦层粉砂层水头埋深按4.33 m 计算，第⑦层粉砂层顶埋深按45.9 m计算，得出：Pcz/Pwy=1.17＞1.05，因此第⑦层粉砂层的承压水不存在突涌的可能。同样第⑨层细砂层承压水亦不存在突涌的可能。

本工程基坑安全等级为一级，环境保护等级西北角（临公共绿地侧）为二级，其余为一级。裙楼开挖深度约为15.4 m，主楼下基坑开挖深度约为16.6 m/20.4 m。本工程采用800 mm/1000 mm 厚地下连续墙两墙合一围护结构，墙长根据位置不同由31～35.6 m 不等。地下连续墙围护结构平面如图2。

图2 地下连续墙围护结构平面示意图

2 监测数据

2.1 监测点位布置图

监测数据包括各类管线沉降值、围护墙体测斜、围护墙顶水平及竖向位移、周边房屋沉降值，其中围护墙体测斜、围护墙顶水平及竖向位移等监测最重要；具体基坑监测点布置如图3。

图3 基坑监测点布置图

2.2 监测数据

本工程于2019年9月10日开工。基坑开挖深度普遍为15.2 m，分四层开挖。自2020 年6 月4 日开挖第二层土方，至2020 年10 月6 日第四层土方开挖结束，历时4 个月。施工工况见表1。

表1 基坑施工工况表

自2020 年6 月4 日开挖第二层土方开始，监测数据显示基坑各项变形开始加快发展。对此项目团队于2020 年9 月4 日开始，采取了若干应急抢险措施。监测所得关键指标，围护墙体测斜变化速率由采取应急抢险措施前的月均4.71 mm/d 降至月均2.78 mm/d，低于围护墙体测斜日变量警戒值。至2020 年10 月6 日第四层土方开挖结束时，基坑变形速率已放缓，基本可以判定险情结束。围护墙体测斜在数个关键节点的监测数据变化见图4。

图4 基坑围护体深层水平位移（测斜）特征变化曲线图

3 基坑变形原因分析及应对措施

3.1 基坑变形原因分析

1776 年，Coulomb 提出了经典的库伦理论，根据不同墙面对应的墙后土楔体处于极限平衡状态时的受力平衡条件，假定破裂面形状，依据极限状态下破裂棱体的静力平衡条件来确定土压力[6]。当基坑开挖时，围护结构的内侧荷载发生卸载，围护结构受到土方接触压力即被动土压力的作用而产生向基坑内变形的趋势，当位移产生后，围护结构外侧的静止土压力逐步减小，逐步向主动土压力状态发展。在二三层土方开挖过程中，基坑变形增长较快，特别是围护墙体深层水平位移监测数据。对于基坑变形超出预警值的现象，判断主要为以下几点原因：①现场支撑、底板浇筑施工工期滞后，时空效应导致基坑变形超过预期；②变形较大部位可能受车辆、施工堆载影响；③总包对分包单位缺乏有效管控，分包单位管理不善以及劳务人员配置严重不足。

3.2 基坑变形应对措施

召开基坑安全专家评审会议后，制定了如下四条应急安全措施。

（1）若存在工程界面不清晰互相推诿的情况，所有专业分包单位无法或拒绝或进度滞后的施工内容均由总包单位负责施工。（2）尽快在已开挖但还未形成垫层的区域实施有配筋垫层，规格为（HRB400）10@150 单层双向，钢筋保护层控制在30～40 mm，将垫层混凝土强度标号提高至C30，厚度为200 mm，采用预铺反黏防水材料以减少工序时间。

（3）合理安排施工次序，要求已开挖区域底板同时介入施工，底板流水作业未形成之前，未开挖土方区域暂缓作业（采用中心盆式开挖）。

（4）必要时24 h 作业，对基坑支护结构和周边保护对象采取应急措施。尽快完成垫层施工以及底板浇筑施工，确保基坑及周边环境安全。

在2020 年9 月4 日采取应急安全措施后，围护墙体测斜变化速率明显减小，具体数据见表2。

表2 采取应急措施前后围护墙体测斜变化速率对比表

4 结论

由于现场施工进度滞后于计划施工进度，基坑变形超出预警值，采取了加快施工进度、暂缓土方开挖、提高垫层级配与设置配筋垫层等应急措施后，基坑变形得到了有效控制。可总结出控制超大深基坑变形的要点包括：设计阶段宜严格把控基坑安全等级与环境保护等级，本工程变形过大最早发生在基坑薄弱的临公共绿地侧；施工过程中，应合理安排土方开挖与支撑浇筑及时工序搭接，以减少基坑暴露时间，加快施工进度。

本工程为类似超大深基坑工程施工提供了几点启示：首先，在设计阶段，应充分考虑超大深基坑变形的各类不利因素，提高围护结构刚度，减小其变形发展；其次，土方开挖施工过程中，应增加监测频率，保证监测与施工间严密的联动，及时有效控制变形；此外，除应编写专门的基坑变形应急抢险预案外，还应提前做好应急抢险技术、人员与物资的准备，尽快采取有效措施控制基坑变形发展。